(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面に微小な凸のマイクロレンズ面がアレイ配列して形成されたガラス基板と、
このガラス基板の、マイクロレンズ面がアレイ配列した面に形成された接着剤による緩
衝層と、
この緩衝層の上に形成された接着層と、
この接着層により上記緩衝層に接着されるベースガラスと、を一体に有し、
上記緩衝層は、紫外線硬化型のアクリル系接着剤により形成され、  
上記接着層は、熱硬化型のシリコーン系の接着剤により形成され、
上記マイクロレンズ面は、所定の焦点距離に応じて、曲率半径を設定され、
上記緩衝層をなす接着剤は、上記ガラス基板の屈折率および上記マイクロレンズ面の曲
率半径に対して、上記所定の焦点距離を実現するように屈折率を調整され、
上記ガラス基板は、上記焦点距離以下の厚みを有し、
上記ガラス基板の片面に形成されたマイクロレンズアレイを構成する凸のマイクロレン
ズのレンズ径が、１〜３０μｍの範囲にあり、
緩衝層のヤング率が、１０〜１０００ＭＰａの範囲にあり、上記緩衝層の厚さが上記マ
イクロレンズの光軸位置で０．１〜３μｍの範囲にあることを特徴とするマイクロレンズ
アレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はマイクロレンズアレイ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレイは、プロジェクタ装置等の種々の光学装置に用いられる光学素子として知られている（例えば、特許文献１）。  
例えば、液晶パネルを用いるプロジェクタ装置では、液晶層を挟持する対向基板として、平板状の透明なガラス基板の片面に「液晶画素配列に対応させてマイクロレンズを配置したマイクロレンズアレイ」が形成され、個々のマイクロレンズにより、照明光をブラックマトリックスの各画素部分に集光させることにより、照明光の光利用効率を高めることが行なわれている。
【０００３】
近年、液晶パネルにおける画素配列の高密度化が進み、これに応じて、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列密度が高くなる傾向にある。  
画素配列の高密度化に伴い、個々の画素領域が小さくなると、この小さい画素領域に有効に光を集光させるため、集光光束の集束率を高める必要があり、マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレンズの焦点距離を小さくしなければならない。  
このように焦点距離を小さくするためには、マイクロレンズの「レンズ面の曲率半径」を小さくする必要がある。  
一方、液晶層の画素領域へ集光される光は、マイクロレンズアレイを片面に形成されたガラス基板の厚みを介して集光されるので、マイクロレンズの焦点距離が小さくなると、ガラス基板の厚みを薄くする必要がある。  
ガラス基板の片面には、マイクロレンズアレイが形成されているので、ガラス基板の厚みが薄くなると、マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの隣接する部分での基板厚が薄くなる。
【０００４】
基板厚を小さくするために、ガラス基板の「マイクロレンズアレイが形成されていない側の平面」を研磨することになるが、研磨の途上で、ガラス基板に「クラックや割れ」が発生しやすい。
【０００５】
クラックや割れは、マイクロレンズ相互の隣接する部分の厚みが薄い部分に応力集中が起こりやすいため、上記「マイクロレンズ相互の隣接する部分」において発生しやすい。
【０００６】
従来、マイクロレンズアレイを形成されたガラス基板は、マイクロレンズのレンズ配列面を「シリコーン系樹脂による接着剤」でベースガラスに接着され、このベースガラスを補強手段としてガラス基板の研磨が行なわれるが、「シリコーン系樹脂による接着剤」は硬化後の状態において、ヤング率が９ＭＰａ程度と小さいため、小さな変形でも大きな応力を発生しやすく、研磨の途上でガラス基板の割れやクラックを生じたりしやすい。
【０００７】
また、シリコーン系樹脂による接着剤でガラス基板とベースガラスを接着した場合、ガラス基板の研磨後においても、温度変化により、割れやクラックが発生しやすい。
【０００８】
マイクロレンズに所望の光学機能を実現するためには、ガラス基板の屈折率に適合する屈折率を持つ接着剤を選択する必要があるが、シリコーン系樹脂による接着剤は「所望の屈折率に調整する」のが難しいと言う問題もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は上述したところに鑑み、研磨の際にクラックや割れが生じ難く、温度変化についても耐性があり、光に対する耐性にも優れた新規なマイクロレンズアレイ素子の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のマイクロレンズアレイ素子は、ガラス基板と、緩衝層と、接着層と、ベースガラスを有する。
【００１１】
「ガラス基板」は、片面に微小な凸のマイクロレンズ面がアレイ配列して形成されている。
【００１２】
「緩衝層」は、ガラス基板の「マイクロレンズ面がアレイ配列した面」に、接着剤により形成される。「マイクロレンズ面」は、マイクロレンズのレンズ面である。  
「接着層」は、熱硬化型のシリコーン系の接着剤により、緩衝層の上に形成され、ベースガラスと緩衝層とを接着する。
【００１３】
緩衝層は「紫外線硬化型のアクリル系接着剤」により形成される。  
マイクロレンズ面は「所定の焦点距離（マイクロレンズアレイとしての機能を実現できる焦点距離）」に応じて、曲率半径を設定される。
【００１４】
緩衝層をなす接着剤（紫外線硬化型のアクリル系接着剤）は、ガラス基板の屈折率およびマイクロレンズ面の曲率半径に対して、上記所定の焦点距離を実現するように屈折率を調整されている。
【００１５】
ガラス基板は、上記焦点距離よりも小さい厚みを有し、緩衝層は「外力の作用や温度変化によるガラス基板の変形を抑制するヤング率と厚さ」を有する。
【００１６】
ガラス基板は、当初十分な厚みを与えられ、緩衝層・接着層・ベースガラスが一体化されたのちに「所望の薄さ」に至るまで研磨される。ガラス基板の「マイクロレンズの焦点距離よりも小さい厚さ」とは、勿論、研磨されたあとの厚さである。
【００１７】
上記「ヤング率と厚さ」は、勿論、緩衝層として硬化した状態における値である。
【００１８】
請求項１記載のマイクロレンズアレイ素子は、ガラス基板の片面に形成されたマイクロレンズアレイを構成する凸のマイクロレンズのレンズ径（上記マイクロレンズ面の径）が１〜３０μｍの範囲にあり、「緩衝層のヤング率」が１０〜１０００ＭＰａの範囲にあり、緩衝層の厚さがマイクロレンズの光軸位置で０．１〜３μｍの範囲にある。
【００１９】
上記レンズ径は、より好ましくは３〜２０μｍの範囲が良い。また、熱硬化型のシリコーン系の接着剤による接着層の厚さは２〜３μｍの範囲が良い。
【００２０】
若干補足すると、マイクロレンズのレンズ径は、１μｍよりも小さくなると、マイクロレンズ面アレイの作製が難しくなり、また、焦点距離が極めて短くなって、ガラス基板の厚さも極めて薄くなり、取り扱いが面倒になる。
【００２１】
また、３０μｍを超えるレンズ径のマイクロレンズでは、焦点距離が大きくなるので、ガラス基板に必要な「厚さ」も然程薄くはならないので、研磨の際のクラックや割れも発生し難い。
【００２２】
上記の如く、３〜２０μｍの範囲のレンズ径を持つマイクロレンズ面アレイは、レンズ面の配列精度等の面でマイクロレンズ面アレイを構成しやすい。
【００２３】
緩衝層の厚さは、０．１μｍより薄くなると、緩衝層としての「機械的な外力の作用や温度変化によるガラス基板の変形を抑制する」ことが困難になる。また３μｍより厚くなると、マイクロレンズアレイ素子の「薄型化」を実現するのが困難になる。
【００２４】
緩衝層は、ヤング率が大きいほど、変形による応力の発生が小さい。
【００２５】
従って「外力の作用や温度変化を良好に吸収して、ガラス基板の変形を抑制」するためには、緩衝層のヤング率は「ある程度大きい」ほうが良く、ヤング率が１０ＭＰａより小さいと、機械力やヒートショックの影響を吸収することが困難であるが、逆に１０００ＭＰａを越すような大きなヤング率の場合には、機械力やヒートショックの影響により変形しやすく「機械力やヒートショックの影響」の適正な吸収を実現しにくい。
【発明の効果】
【００２６】
この発明のマイクロレンズアレイ素子は、上記の如く、マイクロレンズがアレイ配列した面に、紫外線硬化型のアクリル系接着剤による緩衝層が形成され、この緩衝層とベースガラスとが、熱硬化型のシリコーン系の接着剤により接着される。
【００２７】
緩衝層は、外力の作用や温度変化によるガラス基板の変形を抑制するヤング率と厚さ」を有するので、ガラス基板の研磨の際にガラス基板に作用する機械的な変形力を有効に吸収して、ガラス基板に割れやクラックが発生することを有効に防ぐ。
【００２８】
緩衝層は同時に「硬化したシリコーン系の接着剤」に対しても緩衝作用を有するので、研磨の際の過大な機械力が「接着層」に作用するのを防ぐ。
【００２９】
従って、ガラス基板の研磨の際の、ガラス基板における「割れやクラック」の発生も有効に軽減される。
【００３０】
また、温度変化によるガラス基板・ガラス基板の割れやクラックを有効に軽減できる。
【００３１】
さらに、緩衝層をなす接着剤（紫外線硬化型のアクリル系接着剤）は、屈折率の調整が容易であり「ガラス基板の屈折率およびマイクロレンズ面の曲率半径に対して、所定の焦点距離を実現するように屈折率」を調整するのが容易である。
【００３２】
また、紫外線硬化型のアクリル系接着剤による緩衝層は、長時間の光照射によってもその光学的な特性が変化せず、従って、マイクロレンズアレイ素子は光に対して良好な耐性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】マイクロレンズアレイ素子の実施の１形態を示す図である。
【図２】従来から知られたマイクロレンズアレイ素子の構成と問題点を説明するための図である。
【図３】ガラス基板の作製方法の１例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、実施の形態を説明する。  
図１は、マイクロレンズアレイ素子の構成を説明図的に示している。  
マイクロレンズアレイ素子１０は、ガラス基板１１、緩衝層１３、接着層１５、ベースガラス１７を有している。
【００３５】
ガラス基板１１の片面には、マイクロレンズ面ＭＬ１、ＭＬ２、・・、ＭＬｉ・・がアレイ配列して形成され、他方の面は研磨されて平面となっている。  
この「研磨された平面」は液晶層に接触する。また、図示されていないが「ブラックマトリックス」も、この平面に形成されている。
【００３６】
マイクロレンズ面がアレイ配列する面は、アクリル系の紫外線硬化樹脂による緩衝層１３により覆われている。勿論、緩衝層は硬化している。
【００３７】
接着層１５はシリコーン系の熱硬化樹脂であり、緩衝層１５上に塗布された状態で、その表面にベースガラス１７が載せられ、加熱により硬化されて、緩衝層１３とベースガラス１７を接着一体化する。
【００３８】
ここで、ガラス基板へのマイクロレンズ面のアレイ配列形成を説明する。マイクロレンズ面の形成は、従来から広く知られており、ここで、説明するのはその１例であり、他の公知の方法で形成して良いことは言うまでもない。  
図３（ａ）は、ガラス板１１Ａの片面に、レジスト材料層ＲＬを形成した状態を示す。
【００３９】
このレジスト材料層ＲＬに、電子ビーム描画等の方法で、マイクロレンズ面の配列をパターニングし、現像を行なうと、図３（ｂ）に示すように、上記配列に従うレジスト材料ＲＬ１、ＲＬ２、・・ＲＬｉ・・の配列が得られる。
【００４０】
平面図的に見たこの配列は「円形状を稠密に配列」したものや、「６角形状をハニカム状に配列」したもの、あるいは「正方形を格子状に配列」したもの等であり得る。
【００４１】
続いて、図３（ｂ）の状態に対して加熱を行い、レジスト材料ＲＬ１、ＲＬ２、・・ＲＬｉ・・を溶融状態にする。溶融状態となったレジスト材料は流動し、表面張力の作用を受けて、表面は球面形状となる。図３（ｃ）は、この状態を示している。
【００４２】
この状態において、異方性のエッチングを実行し、レジスト材料ＲＬｉの配列形状をガラス板１１Ａの表面に転写する。このようにして、図３（ｄ）に示すように、ガラス板１１Ａの片面に、凸のマイクロレンズ面ＭＬ１、ＭＬ２、・・ＭＬｉ・・が形成される。
【００４３】
上記エッチングの際にエッチングの条件を制御して、選択比を調整することにより、レジスト材料ＲＬｉの表面形状とは異なる曲率を持ったマイクロレンズ面ＭＬｉを形成することが可能である。
【００４４】
以下、マイクロレンズ面ＭＬｉの形成された側の面にベースガラス（図示されず）を接着し、ガラス板１１Ａのマイクロレンズ面ＭＬｉの形成された面と逆の面を研磨し、所望の厚みをもったガラス基板１１が形成される（図３（ｅ））。
【００４５】
「実施例と比較例」
具体的な実施例と、比較例を説明する。  
「実施例」  
図１を参照して説明する。  
ガラス基板１１となるガラス板として、厚さ:１mmのアルミノシリケートガラス基板（テンパックス：商品名  Ｓｈｏｔ社製  屈折率：１．５２）を用い、その片面に、上述の如き方法で、マイクロレンズ面ＭＬｉのアレイ配列を形成した。マイクロレンズ面の配列は配列ピッチ：１０μｍである。
【００４６】
マイクロレンズ面ＭＬｉの曲率半径は「８μｍ」に設定した。
【００４７】
このマイクロレンズ面のアレイ配列が形成された面に、紫外線硬化型のアクリル系接着剤（ＲＬ０４２：商品名日本化薬社製  硬化状態での屈折率は「１．４０１」である。）を回転数：３０００ｒｐｍのスピンコートにより塗布し、水銀ランプにより２６００ｍＪの紫外線を照射して硬化させ、緩衝層１３とした。
【００４８】
マイクロレンズ面ＭＬｉにより形成された各マイクロレンズの焦点距離は０．０２ｍｍである。
【００４９】
緩衝層１３のヤング率は３００ＭＰａである。
【００５０】
緩衝層１３の上に、シリコーン系の接着剤（ＴＳＥ３０３３  ：商品名  モメンティヴ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン  合同会社製  硬化状態での屈折率は、１．４１６である。）をスピンコートして接着剤層とし、その上に、厚さ：１ｍｍの合成石英（ＶＩＯＳＩＬ：商品名  信越化学工業社製）ガラス板をベースガラス１７として乗せて加熱し、接着剤層を硬化させて接着層１５とし、緩衝層１３とベースガラス１７とを接着一体化した。
【００５１】
上記のようにして「同種の試作品」を３０例作製した。  
緩衝層１３の厚みは、０．１μｍ（マイクロレンズ面の光軸位置）〜１μｍ（マイクロレンズ面の周辺位置）とした。また、接着層１５の厚さは、３μｍとした。
【００５２】
これら同種の３０例の試作品に対し、ガラス板を研磨し、厚み：０．０１５ｍｍのガラス基板１１とした。研磨の過程において、割れやクラックの発生したものは１例もなかった。
【００５３】
続いて、３０度〜６０度の温度変化範囲を、周期：１０分で２０回繰り返して、ヒートショックを与えたが、割れやクラックの発生したものは１例もなかった。
【００５４】
「比較例」  
図２を参照して説明する。
【００５５】
上記実施例と同様に、ガラス基板１１となるガラス板として、厚さ：１ｍｍの合成石英（ネオセラム）板を用い、その片面に、上述の如き方法で、マイクロレンズ面ＭＬｉのアレイ配列を形成した。
【００５６】
実施例におけると同じく、マイクロレンズ面の配列ピッチ：１０μｍ、マイクロレンズ面ＭＬｉの曲率半径は「８μｍ」である。
【００５７】
このマイクロレンズ面のアレイ配列が形成された面に、シリコーン系の接着剤（上記ＴＳＥ3033）をスピンコートして接着剤層とし、厚さ：１ｍｍの合成石英ガラス板をベースガラス１７として乗せて加熱し、接着剤層を硬化させ、接着層１５Ａとして、ガラス板とベースガラス１７とを接着一体化した。
【００５８】
得られたマイクロレンズアレイ素子におけるマイクロレンズとしての焦点距離は、０．０２ｍｍである。接着剤層１５Ａの厚さは３μｍとした。
【００５９】
このようにして、上記実施例と同様の比較例試作品を３０例作製した。  
これら３０例の比較例試作品に対し、ガラス板を研磨し、厚み：０．０１５ｍｍのガラス基板１１とした。研磨の過程において、割れやクラックの発生したものはなかった。  
図２（ａ）は、この状態のマイクロレンズアレイ素子を示している。
【００６０】
続いて、３０度〜６０度の温度変化範囲を、周期：１０分で２０回繰り返して、ヒートショックを与えたところ、３０例中の３例にクラックが発生した。図２（ｂ）において、符号ＣＲは発生した「クラック」を説明図的に示している。
【００６１】
この図に示すように、クラックＣＲは、ガラス基板１１におけるマイクロレンズ面ＭＬｉ間の「厚みの薄い部分」に発生した。
【００６２】
以上の結果から、この発明のマイクロレンズアレイ素子では、緩衝層の存在により、従来のものよりも、機械的外力や温度変化に対する耐性が高いことが分かる。
【００６３】
なお、紫外線硬化型のアクリル系の接着剤は、上記例に限らず、広範な範囲のものから適宜に選択して使用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１      ガラス基板  
ＭＬｉ    マイクロレンズ面  
１３      緩衝層  
１５      接着層  
１７      ベースガラス
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２００７−２２６０７５号公報
【図１】
0005816107.tif 000002
【図２】
0005816107.tif 000003
【図３】
0005816107.tif 000004